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科技日?qǐng)?bào)記者?張夢(mèng)然
世界各地的科學(xué)家正在努力尋找當(dāng)前電子計(jì)算技術(shù)的替代方案，而磁學(xué)領(lǐng)域正在出現(xiàn)一種新的信息傳輸方式：磁介質(zhì)中產(chǎn)生的波可代替電子交換用于傳輸，但迄今為止，計(jì)算速度仍太慢。奧地利維也納大學(xué)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種新方法，能讓自旋波變得更短且更快。該發(fā)現(xiàn)是邁向磁振子計(jì)算的重要一步，研究成果發(fā)表在最新的《科學(xué)進(jìn)展》上。
磁振子學(xué)是一個(gè)較新的研究領(lǐng)域。磁體磁序中的局部擾動(dòng)可作為波在材料中傳播，這些波稱為自旋波，相關(guān)的準(zhǔn)粒子稱為磁振子。它們以角動(dòng)量脈沖的形式攜帶信息。由于這一特性，它們可用作未來更小、更節(jié)能的計(jì)算機(jī)中的低功耗數(shù)據(jù)載體。磁振子學(xué)的主要挑戰(zhàn)是波長——波長越大，基于磁振子的數(shù)據(jù)處理單元就越慢。迄今為止，只能通過非常復(fù)雜的混合結(jié)構(gòu)或同步加速器來縮短波長。
研究團(tuán)隊(duì)此次發(fā)現(xiàn)，當(dāng)增加強(qiáng)度時(shí)，自旋波就會(huì)變得更短、更快，這是磁振子計(jì)算產(chǎn)生突破的方法。他們比喻說，就像改變光的波長，其顏色就會(huì)改變，但如果改變強(qiáng)度，就會(huì)改變光度。鑒于此，團(tuán)隊(duì)通過改變自旋波強(qiáng)度激發(fā)出了更短、更好的自旋波。
該系統(tǒng)目前激發(fā)的波長約為200納米。根據(jù)數(shù)值模擬，還能激發(fā)更短的波長。
值得一提的是，新系統(tǒng)表現(xiàn)出了一種“自鎖非線性位移”，這意味著激發(fā)的自旋波的振幅是恒定的，該特性與集成電路密切相關(guān)，因?yàn)樗试S不同的磁性元件以相同的幅度一起工作，這對(duì)于人類構(gòu)建更復(fù)雜的系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)基于磁振子的計(jì)算機(jī)都至關(guān)重要。
圖源：維也納大學(xué)官網(wǎng)
總編輯圈點(diǎn)：
電子終端的能耗問題就像“房間里的大象”，是顯而易見的：數(shù)據(jù)中心的能耗大大增加了其運(yùn)營成本，也對(duì)能源供應(yīng)提出挑戰(zhàn)；手機(jī)、電腦耗能過快，使我們?cè)谌粘Ｉ钪猩钍堋袄m(xù)航焦慮”的折磨。開發(fā)更加節(jié)能的電子終端勢(shì)在必行，而這繞不開一個(gè)關(guān)鍵問題——芯片的能耗。目前科學(xué)家正在從多種途徑尋求破解之方，包括開發(fā)二維材料芯片、類腦芯片等等。利用磁學(xué)原理開發(fā)磁集成電路則為解決電子終端能耗問題提供了新思路。
